JP2013001920A - Sputtering apparatus, film-forming apparatus using the same and film-forming method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スパッタリング装置、スパッタリング装置を用いた成膜装置およびそれらの成膜方法に関する。 The present invention relates to a sputtering apparatus, a film forming apparatus using the sputtering apparatus, and a film forming method thereof.
近年、有機デバイスが新たな産業分野として注目されている。たとえば表示デバイスや照明デバイスとして有機ELが、有機ELや電子ペーパー,RFIDなどの駆動素子として有機トランジスタが、太陽電池として有機薄膜太陽電池などが開発されている。特に有機ELは表示デバイスや照明デバイスの大型化とともに、製造基板サイズの大型化の要求があり、基板サイズは現状の第4.5世代製造ライン(ガラス基板寸法:730mm×920mm)から、基板寸法で2.9倍以上となる第5.5〜第6世代(基板寸法は1300mm×1500mm〜1500mm×1800mm)へ拡大し、さらには第8世代ライン(ガラス基板寸法:2200mm×2500mm)にも及ぶ見込みである。 In recent years, organic devices have attracted attention as a new industrial field. For example, organic EL has been developed as a display device or lighting device, an organic transistor as a driving element such as organic EL, electronic paper, or RFID, and an organic thin film solar cell as a solar cell. In particular, organic EL devices are required to increase the size of the production substrate along with the increase in size of display devices and lighting devices. Will expand to 5.5th to 6th generation (substrate dimensions are 1300mm x 1500mm to 1500mm x 1800mm), which will be more than 2.9 times, and further to the 8th generation line (glass substrate dimensions: 2200mm x 2500mm) Expectation.
有機ELの成膜で一般的な真空蒸着法における基板搬送方法としては、下から蒸着するために蒸着面を下にして搬送する下面搬送がある。下面搬送では、下面は蒸着面であり蒸着面を保持できず、表示面として使われない枠部分を保持等して搬送する必要がある。または、基板の大型化にともない、基板をトレイに入れて垂直に搬送する垂直搬送も提案されている。公知例としては特許文献1および特許文献2が挙げられる。
As a substrate transport method in a vacuum deposition method generally used for organic EL film formation, there is a bottom surface transport that transports with a deposition surface facing down in order to perform deposition from below. In the lower surface conveyance, the lower surface is a vapor deposition surface, and the vapor deposition surface cannot be held, and it is necessary to convey a frame portion that is not used as a display surface. Or, along with the increase in the size of the substrate, vertical transport has also been proposed in which the substrate is transported vertically in a tray. Known examples include Patent Document 1 and
しかしながら、下面搬送では、枠部分のみ保持の搬送のために、基板の大型化に伴いタワミが大きくなる。タワミが大きくなると枠部分の保持力しかないので、特別な保持機構が必要となる。また、保持力が不足すると落下の危険性も高まる。さらに、タワミの問題は、搬送だけでなく、下面蒸着時においてもシャドウマスクのタワミにも影響し、両者の影響が相まって高精細な蒸着ができないという課題がある。 However, in the lower surface conveyance, since the conveyance of holding only the frame portion is carried, the deflection becomes larger as the substrate becomes larger. When the wrinkles are large, there is only a holding force for the frame portion, so a special holding mechanism is required. In addition, if the holding force is insufficient, the risk of falling increases. Further, the problem of wrinkles affects not only the conveyance but also the wrinkles of the shadow mask during the lower surface vapor deposition, and there is a problem that high-definition vapor deposition cannot be performed due to the influence of both.
一方、垂直搬送ではタワミの問題は解消できるが、搬送用トレイが必要でそのトレイも大型し、トレイによる搬送時の発塵やトレイの回収・洗浄機構が必要になるなどの課題がある。 On the other hand, in the vertical conveyance, the problem of wrinkles can be solved, but there is a problem that a conveyance tray is necessary, the size of the tray is large, dust generation at the time of conveyance by the tray, and a tray collection / cleaning mechanism are necessary.
これらの問題を解決するため、基板を搬送ロボットで上面搬送し、真空チャンバ内で前記基板を受渡し、その後前記基板を略垂直に立ててライン状の蒸着源を上下に移動させて蒸着するクラスタ型の有機EL製造装置が提案されている。これにより、基板のタワミやトレイを用いることの課題を解決することができる。公知例としては特許文献3が挙げられる。 In order to solve these problems, a cluster type in which a substrate is transported to the top by a transport robot, the substrate is delivered in a vacuum chamber, and then the substrate is placed substantially vertically and a line-shaped deposition source is moved up and down to perform deposition. An organic EL manufacturing apparatus has been proposed. Thereby, the subject of using the board of a board and a tray can be solved. As a known example, Patent Document 3 is cited.
上記搬送の問題に加えて表示デバイスや照明デバイスの大形化は、有機ELの上部電極の低抵抗化という新たな要求を生んでいる。特に大形のテレビや照明を製造する場合、ボトムエミッション構造では低コスト、高反射率のAl電極を、トップエミッション方式では、ITOやIZOなどの透明電極を数100nm程度まで厚く成膜する必要がある。 Increasing the size of display devices and lighting devices in addition to the above-mentioned transport problems has created new demands for lowering the resistance of the upper electrode of the organic EL. Particularly when manufacturing large televisions and lighting, it is necessary to form a low-cost, high-reflectance Al electrode in the bottom emission structure, and to form a transparent electrode such as ITO or IZO to a thickness of about several hundreds of nanometers in the top emission method. is there.
Al電極は従来、坩堝を用いた抵抗加熱蒸着や誘導加熱蒸着、EB蒸着により成膜されていたが、いずれも下面蒸着のため、下面搬送が用いられてきた。また基板サイズが小さかったため、蒸着源と基板間距離を十分にあけて膜厚均一性を確保してきた。しかしながら上面搬送と、基板を略垂直に立てて成膜方法では、坩堝内のAl融液の保持が難しく、坩堝を斜めに保持するなどの特別な工夫を必要とする。またAl融液は反応性や濡れ性が高く、坩堝からの濡れ上がりによる漏出などが起きやすく、さらに蒸気圧が低いので高い蒸着温度が必要である。このような課題から厚いAl膜を形成することは非常に難しい。
そのため蒸着で形成した薄いバッファ層上に、厚いAlをスパッタリング膜で積層することが望まれる。スパッタリング膜を単独で用いずバッファ層を用いるのは、スパッタリングで発生する高エネルギー粒子による有機層のダメージを防止するためである。
Conventionally, Al electrodes have been formed by resistance heating vapor deposition using a crucible, induction heating vapor deposition, or EB vapor deposition. Moreover, since the substrate size was small, the film thickness uniformity was ensured by providing a sufficient distance between the vapor deposition source and the substrate. However, it is difficult to hold the Al melt in the crucible in the film formation method with the upper surface conveyance and the substrate standing substantially vertically, and special measures such as holding the crucible obliquely are required. In addition, Al melt has high reactivity and wettability, and is likely to leak due to wetting from the crucible. Further, since the vapor pressure is low, a high deposition temperature is required. Due to such problems, it is very difficult to form a thick Al film.
Therefore, it is desirable to deposit thick Al with a sputtering film on a thin buffer layer formed by vapor deposition. The reason why the buffer layer is used without using the sputtering film alone is to prevent the organic layer from being damaged by the high energy particles generated by sputtering.
一方、ITOやIZOは一般に蒸着だけで成膜するのは困難で、やはり蒸着で形成したバッファ層上にスパッタリングで成膜されるのが通常である。 On the other hand, ITO and IZO are generally difficult to form by vapor deposition alone, and are usually formed by sputtering on a buffer layer formed by vapor deposition.
スパッタリング装置では、液晶製造装置などで上面搬送と、基板を略垂直に立てる成膜方法は一般的であるが、基板サイズの大形化に伴い、DC放電方式では膜厚分布の増大の課題が指摘されており、AC放電方式などの新たな成膜方法が提案されている(特許文献4)。 In a sputtering apparatus, a film forming method in which the upper surface is transferred and a substrate is set up substantially vertically in a liquid crystal manufacturing apparatus or the like is common. However, as the substrate size increases, the DC discharge method has a problem of increasing the film thickness distribution. A new film forming method such as an AC discharge method has been proposed (Patent Document 4).
AC放電方式は複数のターゲットを隣接して複数並べ、隣接する2つのターゲットを対としてその間を交互にカソード電位,アノード電位とすることで、交互にスパッタリングを行う方式である。基板が大型化してもターゲットの隣接する位置にアノード電位を確保することができるため、比較的均一な放電分布を得ることができ、膜厚分布が改善する。
しかしながら、ターゲット対とターゲット対の間では放電しないため、ターゲット対毎に周期的な膜厚分布が原理的に発生する。また複数のターゲットを用いるため複数のカソード電極が必要となり、さらにターゲット対毎にAC電源が必要なため、1枚のターゲットを用いるDC放電やRF放電に比べターゲットコストや電源、装置コストが増大する課題がある。
The AC discharge method is a method in which a plurality of targets are arranged adjacent to each other, and two adjacent targets are paired to alternately set a cathode potential and an anode potential to perform sputtering alternately. Since the anode potential can be secured at a position adjacent to the target even when the substrate is enlarged, a relatively uniform discharge distribution can be obtained, and the film thickness distribution is improved.
However, since no discharge occurs between the target pair, a periodic film thickness distribution is generated in principle for each target pair. In addition, since a plurality of cathode electrodes are required because a plurality of targets are used, and an AC power supply is required for each target pair, the target cost, power supply, and apparatus cost increase compared to DC discharge or RF discharge using a single target. There are challenges.
本発明は、上面搬送と、基板を略垂直に立てるクラスタ型のスパッタリング装置において、簡易な方法で膜厚分布を改善し、また、装置コストやターゲット等のランニングコストを低減することを第一の目的とする、また、上面搬送し、基板を垂直に立ててライン状の蒸着源で成膜するクラスタ型の蒸着装置と整合性よく連結できるスパッタリング装置を提供し、蒸着膜の薄いバッファ層上に厚いスパッタリング膜を成膜することで、有機層へのダメージを防止し、低抵抗の上部電極膜を形成できる有機デバイス製造装置を実現する方法を提供することを第二の目的とする。 The first aspect of the present invention is to improve the film thickness distribution by a simple method and to reduce the running cost of the apparatus and the target in the cluster type sputtering apparatus in which the upper surface conveyance and the substrate are set substantially vertically. A target sputtering device that can be connected with good consistency with a cluster-type vapor deposition device that transports the upper surface and deposits the substrate vertically with a linear vapor deposition source is provided on the thin buffer layer of the vapor deposition film. It is a second object of the present invention to provide a method for realizing an organic device manufacturing apparatus capable of preventing damage to the organic layer and forming a low-resistance upper electrode film by forming a thick sputtering film.
上記課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
(1)処理真空チャンバを有するスパッタリング装置であって、処理真空チャンバ内にカソード電極が設けられ、カソード電極上にスパッタリングターゲット材料が設けられ、処理真空チャンバ内に基板が上面搬送され、カソード電極は矩形であり、基板が垂直方向に立てられた状態でカソード電極が基板面と平行に走査されることで、スパッタリングターゲット材料が基板に成膜されるスパッタリング装置。
(2)上記(1)において、カソード電極の長手方向は処理真空チャンバの垂直方向に配置され、カソード電極が水平方向に走査されることで、スパッタリングターゲット材料が基板に成膜されるスパッタリング装置。
(3)上記(1)において、カソード電極の長手方向は処理真空チャンバの水平方向に配置され、カソード電極が垂直方向に走査されることで、スパッタリングターゲット材料が基板に成膜されるスパッタリング装置。
(4)上記(1)乃至(3)のいずれかにおいて、カソード電極は、平行平板方式であるスパッタリング装置。
(5)上記(1)乃至(4)のいずれかにおいて、カソード電極は、DC電源またはRF電源に接続されているスパッタリング装置。
(6)上記(1)乃至(5)のいずれかにおいて、基板の寸法は、1300mm×1500mm以上であるスパッタリング装置。
(7)上記(1)乃至(6)のいずれかにおいて、スパッタリング装置はパターニング用メタルを有し、パターニング用メタルは、基板上に成膜されるスパッタリングターゲット材料をパターニングし、パターニング用メタルは、処理真空チャンバと同電位に接続されるスパッタリング装置。
(8)上記(7)において、処理真空チャンバ内に基板は二枚設けられ、二枚の基板の内の一方の基板がパターニング用メタルとアライメントされている間に、二枚の基板の内の他方の基板が垂直に立てられ、スパッタリングターゲット材料が他方の基板に成膜されるスパッタリング装置。
(9)上記(8)において、長手方向が処理真空チャンバの垂直方向に配置されたカソード電極が二つの基板の前を交互に水平方向に走査されることで、スパッタリングターゲット材料が二つの基板に成膜されるスパッタリング装置。
(10)上記(8)において、長手方向が処理真空チャンバの水平方向に配置されたカソード電極が垂直方向に走査されることで、スパッタリングターゲット材料が二つの基板に成膜されることを特徴とするスパッタリング装置。
(11)上記(1)乃至(10)のいずれかのスパッタリング装置と、スパッタリング装置のカソード電極をライン状蒸着源に置き換えた蒸着装置と、スパッタリング装置および蒸着装置を連結する搬送チャンバと、スパッタリング装置内の基板および蒸着装置内の基板を搬入および搬出する搬送ロボットと、を有し、搬送ロボットは、蒸着装置内でライン状蒸着源によって蒸着材料が成膜された基板を蒸着装置から搬出し、スパッタリング装置に搬入し、スパッタリング装置内で、蒸着材料が成膜された基板にスパッタリングターゲット材料が成膜される成膜装置。
(12)上記(11)において、スパッタリング装置内の基板上に形成された蒸着材料およびスパッタリングターゲット材料は、有機ELの上部電極となる成膜装置。
(13)上記(11)または(12)において蒸着材料およびスパッタリングターゲット材料はAlである成膜装置。
(14)処理真空チャンバを有するスパッタリング装置の成膜方法であって、処理真空チャンバ内にカソード電極が設けられ、カソード電極上にスパッタリングターゲット材料が設けられ、処理真空チャンバ内に基板が上面搬送され、カソード電極は矩形であり、基板が垂直に立てられた状態でカソード電極が基板面と平行に走査されて、スパッタリングターゲット材料が基板に成膜されるスパッタリング装置の成膜方法。
(15)上記(14)のスパッタリング装置を用いた成膜装置の成膜方法であって、スパッタリング装置のカソード電極をライン状蒸着源に置き換えた蒸着装置と、スパッタリング装置および蒸着装置を連結する搬送チャンバと、スパッタリング装置内の基板および蒸着装置内の基板を搬入および搬出する搬送ロボットと、を有し、搬送ロボットは、前記蒸着装置内でライン状蒸着源によって蒸着材料が成膜された基板を前記蒸着装置から搬出し、スパッタリング装置に搬入し、スパッタリング装置内で、蒸着源が成膜された基板にスパッタリングターゲット材料が成膜される成膜装置の成膜方法。
The features of the present invention for solving the above-described problems are as follows.
(1) A sputtering apparatus having a processing vacuum chamber, wherein a cathode electrode is provided in the processing vacuum chamber, a sputtering target material is provided on the cathode electrode, a substrate is transported into the processing vacuum chamber, and the cathode electrode A sputtering apparatus in which a sputtering target material is formed on a substrate by scanning the cathode electrode in parallel with the substrate surface in a rectangular shape with the substrate standing in a vertical direction.
(2) In the above (1), a sputtering apparatus in which the longitudinal direction of the cathode electrode is arranged in the vertical direction of the processing vacuum chamber, and the cathode electrode is scanned in the horizontal direction, whereby the sputtering target material is deposited on the substrate.
(3) In the above (1), a sputtering apparatus in which the longitudinal direction of the cathode electrode is arranged in the horizontal direction of the processing vacuum chamber, and the cathode electrode is scanned in the vertical direction, whereby the sputtering target material is deposited on the substrate.
(4) The sputtering apparatus according to any one of (1) to (3), wherein the cathode electrode is a parallel plate method.
(5) The sputtering apparatus according to any one of (1) to (4), wherein the cathode electrode is connected to a DC power source or an RF power source.
(6) The sputtering apparatus according to any one of (1) to (5), wherein the size of the substrate is 1300 mm × 1500 mm or more.
(7) In any one of the above (1) to (6), the sputtering apparatus has a patterning metal, the patterning metal patterns a sputtering target material formed on a substrate, Sputtering device connected to the same potential as the processing vacuum chamber.
(8) In the above (7), two substrates are provided in the processing vacuum chamber, and one of the two substrates is aligned with the patterning metal. A sputtering apparatus in which the other substrate is set up vertically and a sputtering target material is deposited on the other substrate.
(9) In the above (8), the cathode electrodes arranged in the vertical direction of the processing vacuum chamber are scanned in the horizontal direction alternately in front of the two substrates, so that the sputtering target material is applied to the two substrates. Sputtering apparatus for film formation.
(10) In the above (8), the sputtering target material is deposited on two substrates by scanning the cathode electrode, whose longitudinal direction is the horizontal direction of the processing vacuum chamber, in the vertical direction. Sputtering equipment.
(11) The sputtering apparatus according to any one of (1) to (10) above, a deposition apparatus in which the cathode electrode of the sputtering apparatus is replaced with a linear deposition source, a transfer chamber connecting the sputtering apparatus and the deposition apparatus, and a sputtering apparatus A transfer robot that carries in and out the substrate in the vapor deposition apparatus and the substrate in the vapor deposition apparatus, and the conveyance robot carries out the substrate on which the vapor deposition material is formed by the line vapor deposition source in the vapor deposition apparatus from the vapor deposition apparatus, A deposition apparatus in which a sputtering target material is deposited on a substrate on which a deposition material is deposited in a sputtering apparatus.
(12) In the above (11), the vapor deposition material and the sputtering target material formed on the substrate in the sputtering apparatus are film forming apparatuses that serve as the upper electrode of the organic EL.
(13) The film forming apparatus in which the deposition material and the sputtering target material are Al in (11) or (12) above.
(14) A method of forming a film in a sputtering apparatus having a processing vacuum chamber, wherein a cathode electrode is provided in the processing vacuum chamber, a sputtering target material is provided on the cathode electrode, and a substrate is transferred to the upper surface in the processing vacuum chamber. The film forming method of the sputtering apparatus, wherein the cathode electrode is rectangular, the cathode electrode is scanned in parallel with the substrate surface in a state where the substrate is set up vertically, and the sputtering target material is formed on the substrate.
(15) A film forming method for a film forming apparatus using the sputtering apparatus of (14) above, wherein a vapor deposition apparatus in which the cathode electrode of the sputtering apparatus is replaced with a line-shaped vapor deposition source, and a transport for connecting the sputtering apparatus and the vapor deposition apparatus. A chamber, and a transfer robot that carries in and out the substrate in the sputtering apparatus and the substrate in the vapor deposition apparatus, and the transfer robot has a substrate on which the vapor deposition material is formed by a line vapor deposition source in the vapor deposition apparatus. A film forming method of a film forming apparatus in which a sputtering target material is formed on a substrate on which a vapor deposition source is formed in the sputtering apparatus.
本発明によれば、上面搬送と、基板を垂直に立てて成膜するスパッタリング装置において、基板が大形化しても膜厚分布がよいスパッタリング装置を実現することができる。上記した以外の課題,構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to realize a sputtering apparatus having a good film thickness distribution even when the substrate is enlarged, in a sputtering apparatus that deposits a film with the upper surface transported and the substrate standing vertically. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following description shows specific examples of the contents of the present invention, and the present invention is not limited to these descriptions. Various modifications by those skilled in the art are within the scope of the technical idea disclosed in this specification. Changes and modifications are possible. In all the drawings for explaining the present invention, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof may be omitted.
<スパッタリング装置の実施形態一>
図1は、本発明の一実施形態のスパッタリング装置の構造を模式的に示す概略図である。図1のように、処理真空チャンバ10の水平方向および処理真空チャンバ10の垂直方向を規定する。図1におけるスパッタリング装置は概略、処理真空チャンバ10,搬送チャンバ(図示せず)との間に真空を維持するためにゲート弁20,基板受け渡し部30,基板を略垂直に立てるための駆動部40,パターニング用メタル50,カソード電極60,カソード電極60の上に設置されたスパッタリングターゲット材料(図示せず)で構成される。カソード電極60は、略垂直に立てられた基板と正対し、カソード電極60の長手方向が処理真空チャンバ10内の垂直方向に配置されている。カソード電極60の長手方向が立てられた基板の高さ方向の辺より長く、基板の高さ方向の辺と略垂直なもう一方の辺より短い略矩形状で左右に走査可能な平行平板方式である。カソード電極60の短辺側を走査方向の基板長より短くすることで、カソード電極60全体が基板全面を走査できるようにする。この際、走査速度を一定に保つことで、高い膜厚均一性を得ることが可能である。カソード電極60の長手方向についても、カソード電極背面の永久磁石63(図2)の均一配置や、必要によりカソード電極60の前のシールド電極62(図2)に補正板を取り付けることにより、高い膜厚均一性を得ることが可能である。カソード電極60として矩形カソードを用いる平行平板方式以外に、円筒カソードを用いるロータリー式でもよい。ターゲットコストを低くすること、成膜速度を速くできること、電極を厚く形成できることを考慮して平行平板方式が望ましい。カソード電極60の形状は、基板と対向する領域が少なくとも矩形、または円筒であればよく、端面などを含め厳密な矩形や円筒である必要はない。カソード電極60の端部が湾曲していても良いし、テーパー形状となっていても良い。カソード電極60の断面形状が長方形,台形となっていてもよい。図1では、カソード電極60の走査方向が1軸(水平方向の往復運動のみ)となるので、カソード電極60の駆動機構が単純になる。
<First Embodiment of Sputtering Apparatus>
FIG. 1 is a schematic view schematically showing the structure of a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the horizontal direction of the
まず、ゲート弁20が開けられ、処理真空チャンバ10に連結された搬送チャンバ(図示せず)の搬送ロボットにより上面搬送にて基板が基板受け渡し部30に搬入される。搬送ロボットは、櫛歯状ハンドを上下二段に2本有し、例えば上は搬入用、下は搬出用とし、一つの動作で搬入出処理を同時に行うことができる。なお、本発明の成膜方式は上面搬送以外に下面搬送でも垂直搬送でも適用可能であるが、前記したように上面搬送により、下面搬送で生じる基板の大型化に伴うタワミを抑制できる。
First, the
次に、搬入された基板を駆動部40により、略垂直に立てたのち、パターニング用メタル50とのアライメントを行う。パターニング用メタル50として、メタルマスクやメタルフレームが挙げられる。メタルマスクは、画素単位の微小開口パターンに用いられ、厚さ0.1mm程度の薄い金属シート状である。メタルフレームは、パネル単位の格子状の金属枠であり、厚さ数mm程度の金属構造物である。パターニング用メタル50は、成膜する膜を画素毎、またはパネル毎に分割パターニングするために用いられると同時に、処理真空チャンバ10と同電位に設置され、スパッタリングの際のアノード電位としても機能する。パターニング用メタル50と処理真空チャンバ10とを必ずしも同電位にする必要はなく、意図的にパターニング用メタル50に電位をかけてもよい。パターニング用メタル50と処理真空チャンバ10とを同電位にすることにより、安定で均一な分布の放電が得られ、膜厚均一性が向上する。
Next, the loaded substrate is erected substantially vertically by the
次に、カソード電極60を処理真空チャンバ10内で基板面と平行に走査し、基板全面に上部電極膜を成膜する。成膜は基板面の前を少なくとも1回、望ましくは往復で2回カソード電極60を走査することにより行うが、3回以上走査して行うことも可能である。
本実施例の構成により、上部電極膜の厚みを数nm〜数μmまで幅広く成膜できる。有機EL用の上部電極膜であれば、スパッタリングにより成膜された上部電極膜の厚みは100nm〜300nmとなる。上部電極膜の最大膜厚と最小膜厚との差が上部電極膜の平均膜厚の2%以内となる上部電極膜が容易に得られる。
Next, the
With the configuration of this example, the upper electrode film can be formed in a wide range of thickness from several nm to several μm. In the case of the upper electrode film for organic EL, the thickness of the upper electrode film formed by sputtering is 100 nm to 300 nm. An upper electrode film in which the difference between the maximum film thickness and the minimum film thickness of the upper electrode film is within 2% of the average film thickness of the upper electrode film can be easily obtained.
基板受け渡し部30は1箇所でもよいが、本実施例では処理真空チャンバ10内に2箇所設けた。これにより、1枚の基板をアライメントしている間にもう1枚をスパッタリング成膜することが可能であり、生産性が向上する。つまり、1つの成膜チャンバでアライメントと成膜を交互に行うことにより、生産性を向上することができる。この場合、カソード電極60は2枚の基板の中央をホームポジションとし、左右に往復走査して成膜することで無駄な走査をすることなく効率的な成膜が可能である。
The
図2はカソード電極60の概略図である。カソード電極60は、シールド電極62およびマグネトロン放電のための背面の永久磁石63で構成される。スパッタリングターゲット材料61はカソード電極60上で矩形状あるいは、四隅をR加工した略矩形状のものを用いる。カソード電極60は長手方向が基板の高さ方向の辺より長く、基板の高さ方向と略垂直なもう一方の辺より短い。スパッタリングターゲット材料61はカソード電極60上で1枚の構成が望ましいが、分割ターゲットを用いても構わない。スパッタリングターゲット材料61としては、アルミニウム,アルミニウム合金,銀,銀合金,マグネシウム合金などの金属、ITO,IZO,AZOなどの透明電極、SiO2やSi3N4などの酸化物、窒化物,IGZOなどの酸化物半導体などが挙げられる。
FIG. 2 is a schematic view of the
スパッタリングターゲット材料61の周りは処理真空チャンバ10と同電位に設置されたシールド電極62で囲まれる。カソード電極60の背面には磁場でプラズマを閉じ込めるための永久磁石63が配される。永久磁石63は固定でもよいが、エロージョン部を均一化し、スパッタリングターゲット材料61の利用効率を向上できるように揺動式としてもよい。カソード電極60の電源線および冷却水はカソード電極60を真空中で走査できるように、フレキシブル配管64などを介して供給される。あるいは、カソード電極60の電源線および冷却水を内蔵したロボットアームにカソード電極60を取り付け、ロボットアームとカソード電極60の間を、固定配管を介して接続してもよい。カソード電極60はDCまたはRF電源に接続されている(図示せず)。カソード電極60をDC電源に接続することにより、低コスト、高レートの成膜が可能となる。カソード電極60をRF電源に接続することにより、金属だけでなく絶縁膜も成膜できる。このように、最低で1台のDC電源やRF電源を用い、インライン型のスパッタリング装置で用いられる安価な略矩形状スパッタリングターゲット材料61と略矩形状カソード電極60を用いることで、装置コストやランニングコストを抑えることができる。
The periphery of the
<スパッタリング装置の実施形態2>
図3は、本発明の別な一実施形態のスパッタリング装置の構造を模式的に示す概略図である。図1におけるスパッタリング装置と概略同じであるが、略垂直に立てられた基板と正対し、長手方向が立てられた基板の幅より長く、それと略垂直なもう一方の辺より短い略矩形状で上下に走査可能な平行平板方式のカソード電極60と、カソード電極60の上に設置されたスパッタリングターゲット材料(図示せず)で構成される。この場合、カソード電極60はスパッタリング装置の左右の基板の前に交互に移動した後、基板面と平行に上下方向に走査し、成膜を行う。第5.5〜第6世代以上の基板に対応した処理真空チャンバ10のサイズは非常に大きいので、図3のようにカソード電極60の長手方向が処理真空チャンバ10内の水平方向に配置されていれば、スパッタリングターゲット交換のメンテナンスの際、カソード電極60を処理真空チャンバ10の下まで下ろしてカソード電極60上のスパッタリングターゲット材料61を取替える作業がしやすくなる。
<Second Embodiment of Sputtering Apparatus>
FIG. 3 is a schematic view schematically showing the structure of a sputtering apparatus according to another embodiment of the present invention. 1 is substantially the same as the sputtering apparatus in FIG. 1, but is opposed to a substantially vertically upright substrate, and has a substantially rectangular shape that is longer than the width of the upright substrate and shorter than the other side that is substantially perpendicular thereto. And a parallel plate
<スパッタリング装置と蒸着装置のクラスタ化の実施形態>
図4は、本発明の一実施例の蒸着装置を模式的に示す概略図である。基本的なチャンバの構造は、図1に示したスパッタリング装置と同じであるが、カソード電極60の代わりに、複数の蒸着源を一列に並べたリニア蒸着源70に置き換えている点が異なる。リニア蒸着源70は略矩形状であり、リニア蒸着源70の長手方向は立てられた基板の高さ方向の辺より長く、基板の高さ方向と略垂直なもう一方の辺より短い。蒸着源には、PBNやアルミナなどのセラミック坩堝などを抵抗加熱または誘導加熱したものなどを用いることができる。リニア蒸着源70を処理真空チャンバ10内で基板面と平行または垂直に走査し、基板全面に上部電極膜(蒸着材料)を成膜する。有機EL用の上部電極であれば、蒸着により成膜された上部電極膜の膜厚は10nm〜20nmとなる。蒸着により成膜された上部電極膜の膜厚は、スパッタリングにより成膜された上部電極膜の膜厚より小さくなる。電源線や冷却水もスパッタリング装置と同様のフレキシブル配管(図示せず)や、カソード電極60の電源線および冷却水を内蔵したロボットアームと固定配管を介して接続することにより蒸着源に供給することができる。これにより、スパッタリング装置と蒸着装置を同一の処理真空チャンバ10を用いて作成することが可能であり、整合性よく連結することができる。図3のスパッタリング装置のチャンバ構造で、カソード電極60を複数の蒸着源を一列に並べたリニア蒸着源70に置き換えた蒸着装置としてもよい。略矩形状カソード電極60をライン状リニア蒸着源70に置き換えることで、同じクラスタ型の処理真空チャンバ10の設計で、蒸着装置とスパッタリング装置を製造することができる。
<Embodiment of clustering of sputtering apparatus and vapor deposition apparatus>
FIG. 4 is a schematic view schematically showing a vapor deposition apparatus according to an embodiment of the present invention. The basic chamber structure is the same as that of the sputtering apparatus shown in FIG. 1 except that a
<有機デバイス製造装置の実施形態>
図5は、本発明の一実施例のスパッタリング装置と蒸着装置をクラスタ化して連結した有機デバイス製造装置の模式図である。本実施形態では有機EL用の装置の例を示す。有機ELデバイス製造装置は、基板カセット130から基板を搬入するロード室80、基板上に有機層およびバッファ層、上部電極を成膜する蒸着装置またはスパッタリング装置の処理真空チャンバ10、ロード室80あるいは次工程(封止工程)との間の設置された受け渡し室90とそれらの間のゲート弁20、基板を真空中から取り出すアンロード室100,受け渡し室90,アンロード室100内にある搬送ロボット110から構成される。処理真空チャンバ10内には基板受け渡し部30、基板を略垂直に立てるための駆動部(図示せず)、パターニング用メタル50(図示せず)、略矩形状のリニア蒸着源70またはカソード電極60で構成される。ロード室80およびアンロード室100は、真空を維持するためにゲート弁20と搬送チャンバ120より基板を受取り、旋回して受け渡し室90に基板を搬入する搬送ロボット110からなる。搬送チャンバ120はスパッタリング装置,蒸着装置などを連結する。搬送チャンバ120を介して処理真空チャンバ10をクラスタ化して連結することで、有機EL等の有機デバイスに適した蒸着膜とスパッタリング膜を積層した上部電極を成膜できる。各受け渡し室90は前後にゲート弁20を有し、当該ゲート弁20の開閉を制御し真空を維持しながらロード室80から処理真空チャンバ10の各クラスタへ基板を受け渡し、最後にアンロード室100から基板を取り出す。本実施例の有機EL製造装置では計10個の処理真空チャンバ10を連結し、下部電極,ホール注入層,ホール輸送層,赤,緑,青の発光層,電子輸送層,電子注入層,バッファ層、および上部電極を成膜することが可能である。図4における蒸着装置によりAlの上部電極膜を成膜してから、図1や図3におけるスパッタリング装置によりAlの上部電極膜を成膜して、積層された上部電極を形成することにより、大面積,高速の蒸着が困難なAlを用いた上部電極を第5.5〜第6世代以上の大型基板へ適用でき、スパッタリングが有機層に与えるダメージを軽減できる。
<Embodiment of Organic Device Manufacturing Apparatus>
FIG. 5 is a schematic diagram of an organic device manufacturing apparatus in which a sputtering apparatus and a vapor deposition apparatus according to an embodiment of the present invention are connected in a cluster. In this embodiment, an example of an apparatus for organic EL is shown. The organic EL device manufacturing apparatus includes a
10 処理真空チャンバ
20 ゲート弁
30 基板受け渡し部
40 駆動部
50 パターニング用メタル
60 カソード電極
61 スパッタリングターゲット材料
62 シールド電極
63 永久磁石
64 フレキシブル配管
70 リニア蒸着源
80 ロード室
90 受け渡し室
100 アンロード室
110 搬送ロボット
120 搬送チャンバ
130 基板カセット
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記処理真空チャンバ内にカソード電極が設けられ、
前記カソード電極上にスパッタリングターゲット材料が設けられ、
前記処理真空チャンバ内に基板が搬送され、
前記基板が垂直方向に立てられた状態で前記カソード電極が前記基板面と平行に走査されることで、前記スパッタリングターゲット材料が前記基板に成膜されるスパッタリング装置。 A sputtering apparatus having a processing vacuum chamber,
A cathode electrode is provided in the processing vacuum chamber;
A sputtering target material is provided on the cathode electrode,
A substrate is transferred into the processing vacuum chamber;
A sputtering apparatus in which the sputtering target material is deposited on the substrate by scanning the cathode electrode in parallel with the substrate surface in a state where the substrate stands in a vertical direction.
前記カソード電極の長手方向は前記処理真空チャンバの垂直方向に配置され、
前記カソード電極が水平方向に走査されることで、前記スパッタリングターゲット材料が基板に成膜されるスパッタリング装置。 In claim 1,
The longitudinal direction of the cathode electrode is arranged in the vertical direction of the processing vacuum chamber,
A sputtering apparatus in which the sputtering target material is deposited on a substrate by scanning the cathode electrode in a horizontal direction.
前記カソード電極の長手方向は前記処理真空チャンバの水平方向に配置され、
前記カソード電極が垂直方向に走査されることで、前記スパッタリングターゲット材料が基板に成膜されるスパッタリング装置。 In claim 1,
The longitudinal direction of the cathode electrode is disposed in the horizontal direction of the processing vacuum chamber,
A sputtering apparatus in which the sputtering target material is deposited on a substrate by scanning the cathode electrode in a vertical direction.
前記カソード電極は、平行平板方式またはロータリー方式であるスパッタリング装置。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The cathode electrode is a sputtering apparatus of a parallel plate type or a rotary type.
前記カソード電極は、DC電源またはRF電源に接続されているスパッタリング装置。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
The cathode electrode is a sputtering apparatus connected to a DC power source or an RF power source.
前記基板の寸法は、1300mm×1500mm以上であるスパッタリング装置。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
A sputtering apparatus in which the dimension of the substrate is 1300 mm × 1500 mm or more.
前記スパッタリング装置はパターニング用メタルを有し、
前記パターニング用メタルは、前記基板上に成膜される前記スパッタリングターゲット材料をパターニングし、
前記パターニング用メタルは、前記処理真空チャンバと同電位に接続されるスパッタリング装置。 In any one of Claims 1 thru | or 6.
The sputtering apparatus has a patterning metal,
The patterning metal patterns the sputtering target material formed on the substrate,
The patterning metal is a sputtering apparatus connected to the same potential as the processing vacuum chamber.
前記処理真空チャンバ内に前記基板は二枚設けられ、
前記二枚の基板の内の一方の基板が前記パターニング用メタルとアライメントされている間に、前記二枚の基板の内の他方の基板が垂直に立てられ、前記スパッタリングターゲット材料が前記他方の基板に成膜されるスパッタリング装置。 In claim 7,
Two substrates are provided in the processing vacuum chamber,
While one of the two substrates is aligned with the patterning metal, the other of the two substrates is erected vertically, and the sputtering target material is the other substrate. Sputtering apparatus for film formation.
長手方向が前記処理真空チャンバの垂直方向に配置された前記カソード電極が前記二つの基板の前を交互に水平方向に走査されることで、前記スパッタリングターゲット材料が前記二つの基板に成膜されるスパッタリング装置。 In claim 8,
The sputtering target material is deposited on the two substrates by scanning the cathode electrodes, whose longitudinal directions are arranged in the vertical direction of the processing vacuum chamber, alternately in front of the two substrates in the horizontal direction. Sputtering equipment.
長手方向が前記処理真空チャンバの水平方向に配置された前記カソード電極が垂直方向に走査されることで、前記スパッタリングターゲット材料が前記二つの基板に成膜されることを特徴とするスパッタリング装置。 In claim 8,
The sputtering apparatus is characterized in that the sputtering target material is deposited on the two substrates by vertically scanning the cathode electrode, the longitudinal direction of which is arranged in the horizontal direction of the processing vacuum chamber.
前記スパッタリング装置のカソード電極をライン状蒸着源に置き換えた蒸着装置と、
前記スパッタリング装置および前記蒸着装置を連結する搬送チャンバと、
前記スパッタリング装置内の基板および前記蒸着装置内の基板を搬入および搬出する搬送ロボットと、を有し、
前記搬送ロボットは、前記蒸着装置内でライン状蒸着源によって蒸着材料が成膜された基板を前記蒸着装置から搬出し、前記スパッタリング装置に搬入し、
前記スパッタリング装置内で、前記蒸着材料が成膜された基板に前記スパッタリングターゲット材料が成膜される成膜装置。 A sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 10,
A deposition apparatus in which the cathode electrode of the sputtering apparatus is replaced with a linear deposition source;
A transfer chamber connecting the sputtering apparatus and the vapor deposition apparatus;
A transport robot that carries in and out the substrate in the sputtering apparatus and the substrate in the vapor deposition apparatus,
The transport robot unloads the substrate on which the deposition material is formed by a line deposition source in the deposition apparatus from the deposition apparatus, and loads the substrate into the sputtering apparatus.
A film forming apparatus in which the sputtering target material is formed on a substrate on which the vapor deposition material is formed in the sputtering apparatus.
前記スパッタリング装置内の基板上に形成された前記蒸着材料および前記スパッタリングターゲット材料は、有機ELの上部電極となる成膜装置。 In claim 11,
The film deposition apparatus in which the vapor deposition material and the sputtering target material formed on the substrate in the sputtering apparatus serve as the upper electrode of the organic EL.
前記蒸着材料および前記スパッタリングターゲット材料はAlである成膜装置。 In claim 11 or 12,
The film-forming apparatus whose said vapor deposition material and said sputtering target material are Al.
前記処理真空チャンバ内にカソード電極が設けられ、
前記カソード電極上にスパッタリングターゲット材料が設けられ、
前記処理真空チャンバ内に基板が上面搬送され、
前記カソード電極は矩形であり、
前記基板が垂直に立てられた状態で前記カソード電極が前記基板面と平行に走査されて、前記スパッタリングターゲット材料が前記基板に成膜されるスパッタリング装置の成膜方法。 A film forming method of a sputtering apparatus having a processing vacuum chamber,
A cathode electrode is provided in the processing vacuum chamber;
A sputtering target material is provided on the cathode electrode,
The substrate is transferred to the upper surface in the processing vacuum chamber,
The cathode electrode is rectangular;
A film forming method for a sputtering apparatus, wherein the cathode electrode is scanned in parallel with the substrate surface in a state where the substrate is set up vertically, and the sputtering target material is formed on the substrate.
前記スパッタリング装置のカソード電極をライン状蒸着源に置き換えた蒸着装置と、
前記スパッタリング装置および前記蒸着装置を連結する搬送チャンバと、
前記スパッタリング装置内の基板および前記蒸着装置内の基板を搬入および搬出する搬送ロボットと、を有し、
前記搬送ロボットは、前記蒸着装置内でライン状蒸着源によって蒸着材料が成膜された基板を前記蒸着装置から搬出し、前記スパッタリング装置に搬入し、
前記スパッタリング装置内で、前記蒸着材料が成膜された基板に前記スパッタリングターゲット材料が成膜される成膜装置の成膜方法。 A film forming method for a film forming apparatus using the sputtering apparatus according to claim 14,
A deposition apparatus in which the cathode electrode of the sputtering apparatus is replaced with a linear deposition source;
A transfer chamber connecting the sputtering apparatus and the vapor deposition apparatus;
A transport robot that carries in and out the substrate in the sputtering apparatus and the substrate in the vapor deposition apparatus,
The transport robot unloads the substrate on which the deposition material is formed by a line deposition source in the deposition apparatus from the deposition apparatus, and loads the substrate into the sputtering apparatus.
A film forming method of a film forming apparatus in which the sputtering target material is formed on a substrate on which the vapor deposition material is formed in the sputtering apparatus.
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